Методы получения хлористого цинка

Хлористый цинк широко применяется в Узбекистане, но на сегодняшний день не производится, несмотря на то что имеется большое количество сырьевых ресурсов цинка [7].

Соединения цинка имеют большое значение в металлургиче­ской, лакокрасочной и химической промышленности. Важнейшими из них являются цинковый купорос и хлорид цинка. Другие со­единения – окись и гидроокись, сульфид цинка и прочие – играют роль сырья, полупродуктов и продуктов в ряде производств. Здесь рассмотрены некоторые свойства главнейших соединений цинка и технология цинкового купороса и хлорида цинка.

Цинк хлористый технический (хлорид цинка) применяют как осушающее средство; для огнезащиты (огнестойкая пена, пропитка картона и тканей); для антисептической пропитки древесины, шпал; в производстве фибры; при получении ванилина и цианида цинка; в производстве красителей и крашении хлопка; при очистке нефти; в производстве алюминия; в процессе пайки, при цинковании и подготовке металлических изделий к хромированию; в гальванических батареях и для других целей.

При пайке стальных или медных корпусов, экранов или других крупных предметов, где использование других флюсов затрудняет пайку, используют только хлористый цинк.

Условия проведения экспериментов полностью имитируют производственные условия. Анализ исходной руды, промежуточных и конечных продуктов проводили известными и применяемыми на предприятии методами анализа [1-5].

В лаборатории хлорид цинка можно получить действием чистого цинка на растворы хлоридов некоторых металлов. Те металлы, которые стоят правее цинка в электрохимическом ряду напряжений, будут вытесняться им из соединений. Наиболее распространенные металлы, входящие в состав реактивов, – железо, медь, ртуть и серебро. Для проведения реакции в пробирку отбирается небольшое количество раствора хлорида железа (меди, ртути или серебра), затем туда добавляют гранулы чистого цинка или цинковую пластинку.

2 FeCl₃ + 3 Zn = 3 ZnCl₂ + 2 Fe

Так как раствор хлорида железа III имеет желтую окраску, то после проведения реакции раствор обесцвечивается, а чистое железо выпадает в осадок. Это является визуальным подтверждением успешного проведения реакции:

CuCl₂ + Zn = ZnCl₂ + CuHgCl₂ + Zn =
=ZnCl₂ + Hg 2AgCl + Zn = ZnCl₂ + 2 Ag

Другой лабораторный метод получения хлорида цинка – действие солей хлоридов некоторых металлов или соляной кислоты на соединения цинка. Для проведения реакции в пробирку заливается рассчитанное количество гидроксида цинка и добавляется эквивалентное количество соляной кислоты. После проведения реакции нейтрализации образуется бесцветный раствор хлорида цинка. Для получения вещества в сухом виде раствор переносится в фарфоровую чашку и ставится на электрическую плитку. После упаривания образуется белый осадок.

Zn(OH) ₂ + 2 HCl = ZnCl₂ + 2 H₂O

Необходимое количество раствора сульфата цинка отбирается в пробирку, и добавляется хлорид бария. При правильном расчете вещества реагируют между собой полностью (без остатка), и конечные продукты разделяют. Сульфат бария выпадет в осадок, а хлорид цинка останется в растворе. Осадок отфильтруют, а раствор выпарят.

ZnSO₄ + BaCl₂ = ZnCl₂ + BaSO₄↓

Производство цинка является одним из крупнейших металлургических производств. Общий объем производства цинка в мире составляет более 8 млн тонн в год. В Узбекистане основное количество цинка производит АО «Алмалыкский горно-металлургический комбинат».

Промышленный метод получения – растворение цинка и его соединений в соляной кислоте. В качестве исходного материала может выступать обожженная руда. В дальнейшем полученный раствор выпаривают, т. к. конечным продуктом, кроме хлорида цинка, будет вода или летучие газы [6; 8].

Zn + 2 HCl = ZnCl₂ + H₂↑ZnO + 2 HCl =

=ZnCl₂ + H₂OZnS + 2 HCl = ZnCl₂ + H₂S↑

Другой промышленный способ получения ZnCl₂ – нагревание жидкого цинка в токе хлора. Для этого гранулированный цинк расплавляют при температуре 419,6 °C (температура плавления цинка).

Zn + Cl₂ =t= ZnCl₂

Хлорид цинка, полученный методом воздействия соляной кислоты на обожженную руду и нагреванием жидкого цинка в токе хлора, должен отвечать следующим требованиям:

Паспорт качества (цинка хлорид):

В расчете издержек металлургических предприятий основную долю составляет стоимость извлекаемых металлов в приобретаемом сырье. Так, цена цинка в сульфидных цинковых флотоконцентратах может составить до 60% стоимости металла в слитках.

В гидрометаллургической технологии цинкового производства цинковые концентраты после обжига и выщелачивания образуют значительное количество (около 30-45%) твердого промпродукта – цинковых кеков, в которых, в зависимости от поступающего на обжиг сырья, содержится большое количество ценных компонентов – соединения цинка, свинца, меди, кадмия, серебро, золото, а также рассеянные элементы: таллий, индий и др. При этом до 80% индия, поступающего с исходным цинковым концентратом, переходит в кеки выщелачивания. Содержание цинка в кеках составляет около 15-25%, что сопоставимо с таковым в окисленных цинковых рудах, однако формы нахождения металла в кеках требуют особых методов их переработки.

По имеющимся данным, разработаны, а также получили промышленное распространение следующие основные технологии переработки цинковых кеков:

– Гидрометаллургические – в основном сводятся к выщелачиванию цинковых кеков растворами серной кислоты при повышенных температурах (70-200°С). Дальнейшая технология сводится к очистке получаемого раствора сульфата цинка от примесей, прежде всего от железа, с тем чтобы обеспечить его качество, необходимое для электролиза. Железо из раствора чаще всего выводится в отдельный, как «хвостовой», продукт.

– Пирометаллургические способы, использующие процессы, происходящие при температурах 400-1300°С. Основной метод пирометаллургической переработки – вельцевание, т. е. высокотемпературный обжиг во вращающихся трубчатых печах. Известны также технологии возгонки цинка в дуговой электропечи, магнетизирующий обжиг с последующим выщелачиванием огарков, хлорирующий обжиг в печах кипящего слоя.

В Республике Узбекистан имеются все возможности для производства хлористого цинка. Исходя из данных литературных источников и проведенных экспериментальных работ, можно сделать вывод о возможности получения хлористого цинка в производственных условиях.